2019 Fiscal Year Research-status Report

Precise interpretation of Induced Polarization (IP) structure in groundwater flow system by tank experiments

Research Project

Project/Area Number	19K04631
Research Institution	National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Principal Investigator	小森省吾国立研究開発法人産業技術総合研究所, 地質調査総合センター, 研究員 (60611192)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2023-03-31
Keywords	IP法電気探査 / 地下水 / 比抵抗 / 充電率 / 全波形
Outline of Annual Research Achievements	地下水資源量把握のための高精度な地下可視化技術の開発に際し、従前の電気探査法による比抵抗構造の解明に加え、IP(誘導分極)効果を利用した探査手法(IP法電気探査)が脚光を浴びつつある。しかしながら、現状では、IP法電気探査で得られる地下のIP特性(充電率)構造は、比抵抗構造との対応関係を明確に説明することが難しい。本課題では、その原因の１つに地下構造の不均質性があると考え、実際の地下水流動フィールドにおいてIP法電気探査を実施するとともに、得られた比抵抗・IP特性構造の特徴を、不均質性を模擬した室内実験で検討する。１年目では、室内試験に先駆け、福島県内の地下水流動フィールドにおいてIP法電気探査を実施した。同フィールドは、季節変動するものの数m～10m程度の深さに地下水面が存在することが知られている。調査の結果、地表から深度2mまでのごく表層部に低比抵抗層、その下部に高比抵抗層が分布することが判り、それぞれ粘土質層，礫質層(地下水賦存域)と推定された。低比抵抗の粘土質層は、下層の礫質層に周囲より高い充電率で特徴づけられる。一方、高比抵抗の礫質層中には最大3倍近い高・低の比抵抗コントラストが生じていた。それに対応して、充電率の高い部分と低い部分が高比抵抗層中に生じていることが分かり、比抵抗とIP特性の明瞭な対応関係を得ることができた。従前の調査手法では比抵抗コントラストのみで帯水層の特徴を議論することが殆どであったが、今回、IP特性というパラメータを比抵抗構造に付加させることができ、より精度の高い構造解釈を行うための最適なテストデータの取得に成功した。さらに、IP特性については全波形(fullwave)記録を行っており、現在その特性について解析を実施している。今後、比抵抗・IP特性の構造的特徴を室内実験により再現することを試みる。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 当初の予定では、室内実験を先行して実施することとしていたが、実際のフィールドデータに基づいて室内実験の方針を策定する方がより現実的であると判断し、福島県での地下水流動フィールドでのIP法電気探査を先行して実施した。用地交渉・実験手配・データ取得等順調に推移し、テストケースに最適なデータを取得することができている。得られたデータの解析については、これまでに初期解析を完了させ、比抵抗・IP特性の構造を推定するに至っている。現在、全波形(fullwave)記録の特性解析を実施しており、充電率に加え、時定数、Cole-Cole指数など、地下のIP特性に関するパラメータの分布を詳細に明らかにする予定である。
Strategy for Future Research Activity	１年目で得たデータの詳細な解析を進め、地下水流動フィールドでの比抵抗構造に加えて充電率・時定数・Cole-Cole指数の空間分布を明らかにする。得られた比抵抗・IP特性構造から比抵抗－IP特性の関係性を検討する。一般に、これらの関係性は必ずしも１対１に対応しないことが多く、これまでの初期解析においても矛盾する関係性が見られている。この互いに対立する関係性を、模擬した室内実験を通じて再現することを試みる。結果については適宜、学会等で報告する。
Causes of Carryover	当初の予定では、室内実験を先行して実施することとしていたため、物品費に重点を置いた予算計画としていた。しかしながら、交付決定後の研究過程において、実際にフィールドデータを取得し、その結果(比抵抗－IP特性の対応関係)に基づいて室内実験の方針を策定する方がより現実的でかつ確実に結果を出すことが可能と判断し、福島県での地下水流動フィールドでのIP法電気探査を先行して実施した。繰り越し分の使用計画について、１年目に予定していた水槽モデル実験に係る物品の購入を予定している。